一种利用老坝拆除缺口实现分层取水的新老坝体布置型式的制作方法

本实用新型属于水电重建工程
技术领域：
，尤其是指一种利用老坝拆除缺口实现分层取水的新老坝体布置型式。
背景技术：
：随着水利水电工程的不断发展，水电枢纽工程中部分坝体结构已经或将要达到设计服役期。而对于一些建设于特殊性历史时期的工程，坝体设计与施工又存在严重的先天性缺陷，大坝整体存在安全隐患，且抵御风险能力差，与社会经济发展水平对工程安全的要求不相适应。因此，大型水电枢纽重建工程设计研究成为现阶段水利水电工程
技术领域：
中的一个重要课题。而目前，关于新老坝结合布置、老坝坝体拆除及老坝工程效益开发的相关研究十分稀少，国内关于大型水电枢纽重建工程的案例也仅有丰满电站一例。在此背景下，如何综合利用废弃老坝，实现其工程效益最大化的研究也成为目前水利水电工程
技术领域：
亟待研究的重大技术问题之一。水电枢纽工程传统的分层取水方法一般采用坝前设置叠梁门的方式实现，但叠梁门的设置无论是在设计期、施工期还是在运行维护期都十分繁琐，尤其是给后期的运行管理带来极大的不便。而针对消落水深不大的水库，死水位以上水体垂向水温温差不会太大，采用叠梁门方式实现分层取水减缓下泄水温往往又是不经济的。技术实现要素：本实用新型提供一种利用老坝拆除缺口实现分层取水的新老坝体布置型式，目的是利用老坝坝体拆除形成的缺口实现新坝的前置挡墙作用实现分层取水，是一种通过新老坝结合布置，实现库区坝前表层取水功能，替代传统叠梁门分层取水方式，改善下泄水温对水库下游生态环境影响，同时节省工程投资的有效方法。本实用新型采取的技术方案是，新建大坝布置于老坝的下游1～1.5h处，h为老坝最大坝高，对老坝进行拆除得到老坝拆除缺口，其最小拆除宽度bmin＝b+2l，b为新建大坝厂房坝段及泄水坝段前缘总宽度，l为新建厂房坝段前缘至拆除缺口的距离。所述老坝拆除缺口，满足发电要求的控制引用流量为死水位工况下全部机组满发所需引用流量，同时满足老坝缺口上下游水位差不大于0.3m。所述老坝拆除缺口，满足防洪要求的控制泄量为校核洪水工况下的最大泄量，且最大泄量工况下水位差取值范围为0.1～0.5m。所述老坝拆除缺口，以工程死水位为基准水位，拆除高程不应低于死水位以下10m。所述老坝拆除缺口，缺口流速应不大于老坝坝体抗冲流速，亦不大于3m/s。本实用新型通过调整老坝拆除缺口的拆除宽度及拆除高程满足新建大坝的防洪及发电过流要求，通过老坝拆除缺口、老坝留存坝体和新坝发电进口的协调布置，实现老坝的前置挡墙作用，达到分层取水效果。本实用新型在水电枢纽重建工程中，考虑利用原老坝与新坝的结合布置、老坝拆除缺口与新坝发电进口的合理布局来实现水库分层取水的效果，同时节省工程投资。老坝缺口拆除设计与新坝布置相结合，发挥老坝前置挡墙作用，实现库区坝前表层取水功能。通过老坝缺口拆除设计，替代传统叠梁门分层取水方式，节省设置叠梁门工程投资，降低运行维护期间叠梁门的运行维护成本。本实用新型的优点是：1)采用开挖方式形成老坝拆除缺口，实现新坝的前置挡墙作用，属于国内外首创，设计思路较为新颖。2)合理开发了老坝坝体的工程效益，实现“以旧代新”节省工程投资的目的，为日后规划大型水电枢纽重建工程提供有价值的参考。3)通过老坝拆除缺口形成的前置挡墙表层取水功能，替代了传统叠梁门分层取水设施，在保证工程分层取水水温要求的前提下又降低了后期维护运行成本。附图说明图1是本实用新型的结构平面示意图；图2是本实用新型的结构剖面示意图。具体实施方式新建大坝1布置于老坝2的下游1～1.5h处，h为老坝最大坝高，对老坝1进行拆除得到老坝拆除缺口3，其最小拆除宽度bmin＝b+2l，b为新建大坝厂房坝段及泄水坝段前缘总宽度，l为新建厂房坝段前缘至拆除缺口的距离。所述老坝拆除缺口3，满足发电要求的控制引用流量为死水位工况下全部机组满发所需引用流量，同时满足老坝缺口上下游水位差不大于0.3m。所述老坝拆除缺口3，满足防洪要求的控制泄量为校核洪水工况下的最大泄量，且最大泄量工况下水位差取值范围为0.1～0.5m。所述老坝拆除缺口3，以工程死水位为基准水位，拆除高程不应低于死水位以下10m。所述老坝拆除缺口3，缺口流速应不大于老坝坝体抗冲流速，亦不大于3m/s。本实用新型通过调整老坝拆除缺口3的拆除宽度及拆除高程满足新建大坝1的防洪及发电过流要求，通过老坝拆除缺口3、老坝留存坝体4和新坝发电进口5的协调布置，实现老坝的前置挡墙作用，达到分层取水效果。本实用新型老坝缺口拆除设计与新坝布置相结合，发挥老坝前置挡墙作用，实现库区坝前表层取水功能。通过老坝缺口拆除设计，替代传统叠梁门分层取水方式，节省设置叠梁门工程投资，降低运行维护期间叠梁门的运行维护成本。老坝缺口拆除具体技术方案涉及如下几个方面：a)满足工程布置要求新建大坝布置于老坝的下游1～1.5h处，h为老坝最大坝高。根据新建大坝厂房坝段及泄水坝段前缘总宽度b，新建厂房坝段前缘至拆除缺口的距离l，考虑45°的水流扩散角，可确定老坝缺口最小拆除宽度bmin＝b+2l，结合老坝实际布置情况和地形条件可确定老坝最大拆除宽度bmax。老坝拆除缺口应满足堰流条件，其缺口最低拆除高程zmin应高于其上下游地形高程。b)满足防洪要求老坝缺口拆除满足防洪要求的控制泄量为校核洪水工况下的最大泄量。校核洪水工况下，为满足防洪要求，老坝缺口拆除前后必须要有一定的水位差才能满足过流要求。但若水位差选择的过大，就会加大库区水位壅高，影响库区安全，最大泄量工况下水位差取值范围为0.1～0.5m。根据堰流计算模型，计算满足防洪要求的不同水位差h1i下的最小拆除宽度b1i。c)满足水下拆除工程量最小要求水下缺口拆除施工会加大施工难度，同时造成库区水体污染影响生态环境，在满足工程布置、防洪和发电要求的所有拆除高程及拆除宽度的组合中，尽量选取拆除高程较高的组合，使水下缺口拆除工程量最小。以工程死水位为基准水位，拆除高程不应低于死水位以下10m。d)满足发电要求老坝缺口拆除满足发电要求的控制引用流量为死水位工况下全部机组满发所需引用流量，同时满足老坝缺口上下游水位差不大于0.3m。根据堰流计算模型，计算满足发电要求的不同拆除高程z2i下的最小拆除宽度b2i。e)满足拆除总工程量最小要求结合以上论述，在满足所有要求的拆除高程及拆除宽度组合中，选取拆除总工程量最小的拆除高程和拆除宽度组合，降低拆除成本，即尽可能抬高老坝拆除高程。f)满足缺口流速要求为减小拆除缺口长期过流而导致的水流对剩余老坝坝体的冲刷作用，应对缺口流速进行复核，原则上不应大于老坝坝体抗冲流速，亦不大于3m/s。g)满足下泄水温对水库下游环境影响最小要求老坝拆除缺口形成的前置挡墙作用可以缓解下泄低温水对下游水生态环境影响，在满足工程布置、防洪和发电要求的基础上，采用数值模拟计算方法确定老坝拆除缺口高程和宽度对下泄水温影响，并与传统叠梁门方案进行综合比较。建立全三维水温数值模拟计算模型，预测在不同老坝拆除缺口运行工况下的取水水温值，确定老坝拆除缺口的合理方案。在可实现工程任务、安全运行前提下，尽可能抬高老坝拆除高程，以减缓夏季下泄低温水。下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的描述，但要求保护的范围并不限于此，具体实施如下：a)满足工程布置要求参照图1、图2，老坝1最大坝高h＝91.7m，本实例新建大坝1布置于老坝2下游约1.3h(约120m)处。新建大坝1厂房坝段及泄水坝段前缘总宽度为b＝338m，厂房坝段前缘至缺口的距离约为l＝96m，考虑45°的水流扩散角和地形条件，老坝拆除缺口3拆除宽度不宜小于bmin＝b+2l＝518m。结合老坝实际布置情况和地形条件可确定拆除缺口3最大拆除宽度bmax＝756.00m；老坝上下游地形最高高程约215.0m，则老坝拆除缺口3最低拆除高程zmin≥215.0m。b)满足防洪要求老坝拆除缺口3满足防洪要求的控制泄量为20830m3/s，缺口后控制水位为268.5m。为满足防洪要求，老坝拆除缺口3拆除前后必须要有一定的水位差才能满足过流要求，缺口前后水位差取值范围为0.3～0.5m。则在拟定缺口前后水位差下老拆除坝缺口3的拆除宽度见表1。表1拟定缺口前后水位差下老坝拆除缺口3的拆除宽度(单位：m)缺口前后水位差h1i0.300.350.400.450.50缺口拆除宽度b1i763.5655.0573.5510.2459.5c)满足水下拆除工程量最小要求为控制水下拆除工程量，拟定最小拆除高程为死水位以下7m，本工程死水位为242.0m，即最小拆除高程235.0m。d)满足发电要求老坝拆除缺口3拆除满足发电要求的控制引用流量为2341m3/s，老坝拆除缺口3上下游水位差控制在0.2m。则在拟定拆除高程下老坝拆除缺口3的拆除宽度见表2。表2拟定拆除高程下老坝拆除缺口3的拆除宽度(单位：m)拆除高程z2i235236237237.5238239240240.1240.2240.3拆除宽度b2i175.9201.7236.5260.3292.5387.4584639.6677.3751.7e)满足拆除总工程量最小要求为使老坝缺口拆除工程量最小且提高下泄水温，老坝缺口拆除高程应尽量提高。通过以上计算分析，结合坝体分缝及结构布置，最终确定老坝缺口拆除高程240.20m，相应拆除宽度为684.00m，拆除范围涉及挡水坝段、过渡坝段、溢流坝段及引水坝段。f)满足缺口流速要求复核选定方案下的最大缺口流速为1.8m/s，经复核小于老坝坝体抗冲流速，亦小于3m/s。g)满足下泄水温对水库下游环境影响最小要求通过建立全三维水温数值模拟计算模型，验证了老坝拆除缺口3、老坝留存坝体4与新坝发电进水口5相协调形成的新坝1前的前置挡墙，可以缓解下泄低温水对下游水生态环境影响，确定了老坝拆除缺口的合理性。当前第1页12